專利名稱：離子交換膜電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子交換膜電解槽，涉及可將電極間的間隔保持為既定 大小的離子交換膜電解槽。
背景技術(shù)：
在用于水溶液的電氣分解的電解槽中，電氣分解所需要的電壓受到 各種因素影響。其中陽極和陰極之間的間隔對電解槽電壓產(chǎn)生較大影響。 因此，減小電極之間的間隔并降低電解槽電壓而降低電氣分解所需要的 能量消耗量。
在用于食鹽水的電解的離子交換膜電解槽等中，將陽極、離子交換 膜、陰極這三者配置為密接的狀態(tài)而降低電解槽電壓，但在電極面積有 數(shù)平方米的大型電解槽中，在借助剛性部件將陽極、陰極結(jié)合在電極室 中時(shí)，難以令兩電極與離子交換膜密接而減小電極間隔并將其保持為既 定的值。
因此，提出有對陽極或者陰極的至少某一方使用撓性的部件而可調(diào) 整電極間的間隔的電解槽。例如，提出有在多孔性的電極基體上配置由 金屬細(xì)線的紡布、無紡布、網(wǎng)等構(gòu)成的撓性部件的電極。
這些電極由于撓性的部件由金屬細(xì)線構(gòu)成，所以在被來自對極室的 逆壓過度推壓時(shí)，局部地變形而產(chǎn)生電極間的間隔不均或細(xì)線扎進(jìn)離子 交換膜等的問題點(diǎn)。
此外，提出借助多個(gè)平板狀的彈簧部件在電極室分隔壁側(cè)和電極之
間形成導(dǎo)電連接的電解槽。例如可舉出JP-A- 57 - 108278、 JP - A - 58 - 37183。
在使用平板彈簧狀體的撓性的電極中，與使用由細(xì)線構(gòu)成的部件等 的情況相比，對于推壓時(shí)的局部變形的情況優(yōu)異，但在這些電解槽中， 平板彈簧狀體從撓性的陰極保持部件全部向同一方向傾斜地延伸。
因此，若從電極面?zhèn)茸饔昧?，則由于平板彈簧狀體的位移而在電極 面上作用向彈簧部件變形的方向移動(dòng)的力，其結(jié)果，有與平板彈簧狀體 接觸的電極產(chǎn)生位置偏移、或在電極與離子交換膜接觸的情況下在電極位置偏移時(shí)在離子交換膜上產(chǎn)生損傷的可能。
因此，為了解決上述問題點(diǎn)，本申請人提出有下述電解槽，即將設(shè) 置有平板彈簧狀體的板配置在平板狀的電極室分隔壁、集電體等上，并 令平板彈簧狀體相互梳狀地對置而相互插入地配置，由此，在將電極面 向平板彈簧狀體推壓時(shí)，可將與對極的間隔保持為既定的大小而不會(huì)發(fā)
生電極的橫向偏移等。例如可舉出日本專利第3501453。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電解槽，在將設(shè)置有平板彈簧狀體的 板配置在平板狀的電極室分隔壁、集電體等上并且將平板彈簧狀體相 互梳狀地對置而相互插入地配置的離子交換膜電解槽中，組裝容易且 組裝精度高，不會(huì)發(fā)生與平板彈簧狀體接觸的電極的橫向偏移。
本發(fā)明，在離子交換膜電解槽中，至少一方的電極，與形成在電 極保持部件的電極側(cè)的平板彈簧狀體接觸而通電，所述電極保持部件 借助帶狀的接合部與平板狀的電極室分隔壁接合并在電極保持部件與 電極室分隔壁之間形成空間，該電極具有從與離子交換膜平行的面向 電極保持部件側(cè)沿垂直于電極面的方向延伸的結(jié)合部，在該結(jié)合部上
設(shè)置有向垂直于電極面的方向擴(kuò)開的卡合用開口部，卡合用開口部與 卡合部件卡合并允許該電極向垂直于電極面的方向在平板彈簧狀體的
位移范圍內(nèi)移動(dòng)。
此外，由于設(shè)置向垂直于電極面的方向彎曲的結(jié)合部，并且在結(jié) 合部上設(shè)置向垂直于電極面的方向擴(kuò)開的卡合用開口部而與卡合部件 卡合，所以電極可與平板彈簧狀體向垂直于電極面的方向的位移對應(yīng) 而移動(dòng)，并且可防止向平行于電極面的方向的電極的偏移。
此外，上述離子交換膜電解槽中，卡合用開口部，是形成在電極 從平行于離子交換膜的面向垂直方向延伸的電極的結(jié)合部上的開口、 或者是形成在安裝在上述結(jié)合部上的卡合部件上的開口 。
上述離子交換膜電解槽中，平板彈簧狀體由從電極保持部件的板 狀體傾斜而延伸的多個(gè)同一長度的梳狀的彈簧狀體構(gòu)成。
上述離子交換膜電解槽中，結(jié)合有平板彈簧狀體的板狀體，借助 帶狀的接合部接合在平板狀的電極室分隔壁上，并形成在與電極室分 隔壁之間形成空間的與電極室分隔壁平行的部分上，將形成在與電極
室分隔壁之間的空間作為電解液的下降流路，在電極側(cè)形成電解液的 上升流路。
此外，可將電極間隔保持為既定的大小并且在電解槽內(nèi)部確保電 解液的循環(huán)而進(jìn)行高效的電氣分解。
根據(jù)本發(fā)明的離子交換膜電解槽，借助相互插入的平板彈簧狀體 保持至少一方的電極，并且在電極上設(shè)置向垂直于電極面的方向的結(jié) 合部，在結(jié)合部上形成向垂直于電極面的方向擴(kuò)開的卡合用開口部而 借助卡合部件保持，所以可提供一種離子交換膜電解槽，將電極間的 間隔保持為既定的大小而不會(huì)產(chǎn)生橫向偏移等。


圖l是說明本發(fā)明的電解槽的一實(shí)施例的圖。
圖2是說明陰極向本發(fā)明的平板彈簧狀體保持部件安裝的安裝狀態(tài) 的圖。
圖3是說明平板彈簧狀體的安裝方法的一例的圖。 圖4是說明保持在本發(fā)明的離子交換膜電解槽的平板彈簧狀體保持 部件上的電極的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明，在將設(shè)置有平板彈簧狀體的板配置在平板狀的電極室分隔 壁、集電體等上的電解槽中，通過設(shè)置垂直于電極面的結(jié)合部并在結(jié)合 部上設(shè)置將電極的移動(dòng)限制在垂直于電極面的方向的卡合用開口部和與 卡合用開口部的平行于電極面的方向的寬度一致的卡合部件而保持令平 板彈簧狀體相互梳狀地對置而相互插入地配置而與電極接觸的離子交換
膜電解槽中的電極的橫向偏移，由此可將與離子交換膜的距離設(shè)定為期 望的大小而不會(huì)產(chǎn)生電極的橫向偏移等。 以下，參照

本發(fā)明。
圖1A是說明本發(fā)明的電解槽的一實(shí)施例的圖，是說明層疊多個(gè)電解 槽單元的離子交換膜電解槽的剖面的圖，圖1B是從電解槽單元的陰極側(cè) 觀察的俯視圖，圖1C是圖1B中由A-A，線剖開的剖視圖。
如圖1A所示，離子交換膜電解槽1經(jīng)由離子交換膜3層疊多個(gè)多極 式的電解槽單元2而組裝成。
在電解槽單元2上，從陽極室分隔壁4隔開間隔而配置陽極5，形 成陽極室6。此外，從陰極室分隔壁7隔開間隔而配置陰極8，在陰極室 分隔壁7和離子交換膜3之間形成陰極室9，在電解槽單元2的周圍設(shè) 置框體IO，防止電解槽單元2變形。
此外，在陽極室6、陰極室9的上部，分別設(shè)置陽極室側(cè)氣液分離 機(jī)構(gòu)30、陰極室側(cè)氣液分離機(jī)構(gòu)31。
此外，在電解槽單元2的陽極室6上安裝陽極液供給管32，在陽極 室側(cè)氣液分離機(jī)構(gòu)30上安裝排出濃度降低了的陽極液和氣體的陽極室排 出管34。
此外，在電解槽單元2的陰極室6上安裝陰極液供給管33，在陰極 室側(cè)氣液分離機(jī)構(gòu)31上安裝排出陰極液和氣體的陰極室排出管35。
另外，陽極液供給管、陰極液排出管如圖所示，例示了分別配置在 同一側(cè)的例子，但也可將供給管與排出管對置地配置，此外也可將陽極 液供給管和陰極液供給管配置在同 一側(cè)。
如圖1B以及圖1C所示，在陰極室分隔壁7上，安裝平板彈簧狀體 保持部件11，陰極8與從平板彈簧狀體保持部件11傾斜地延伸的多對 梳狀的平板彈簧狀體12的頂端部接觸而通電，各對的梳狀的平板彈簧狀 體12中，鄰接的平板彈簧狀體12相互對置地插入配置。此外，在陰極 8面上配置離子交換膜3。
由于陰極8與從平板彈簧狀體保持部件11向相互相反的方向延伸的 平板彈簧狀體12接觸，所以在陰極8上僅作用垂直于陰極室分隔壁的方 向的力。其結(jié)果，借助平板彈簧狀體12的反作用力而令陰極向垂直于陰 極室分隔壁7的方向移動(dòng)，可將陰極8調(diào)整為既定的位置而不會(huì)與陰極 室分隔壁7平行地移動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生損傷離子交換膜面的問題。
此外，在帶狀的接合部13處，陰極室分隔壁7和平板彈簧狀體保持 部件11密接接合。平板彈簧狀體保持部件11包括與接合部13連接的縱 方向部IIA、和與垂直于縱方向部的陰極室分隔壁平行的橫方向部11B, 在橫方向部11B上，平板彈簧狀體12設(shè)置為將梳狀地相互對置的平板彈 簧狀體12相互插入，在平板彈簧狀體保持部11和陰極室分隔壁7之間 形成陰極液循環(huán)通路14。
其結(jié)果，在陰極8面?zhèn)鹊目臻g中上升的氣液混合流體在陰極室的上 部處氣液分離后的電解液的一部分通過陰極室排出管35流出到電解槽外，并且一部分在陰極液循環(huán)通路14中下降并在陰極室的下部流出到陰 極面?zhèn)鹊目臻g中，并與從設(shè)置在電解槽上的陰極液供給管33供給而噴出 到陰極室內(nèi)的陰極液一起混合而在陰極處接受電氣分解。
這樣，促進(jìn)陰極室內(nèi)的電解液的循環(huán)，所以陰極液的濃度分布變得 均勻，可高效地進(jìn)行電氣分解。
另一方面，在陽極室分隔壁4上接合有L字形的陽極保持部件15的 底部16，垂直于底部的頂端部17與板狀的下降管18的接合部18A接合。 陽極保持部件15具有陽極5的保持和向陽極5通電的功能，所以為了降 低通電電阻而優(yōu)選將陽極保持部件15的底部16設(shè)置在陰極室分隔壁7 的接合部13的背面。
在接合部18A上，在陽極室分隔壁4側(cè)的面上形成凹部18B以便陽 極保持部件15穩(wěn)定地安裝，在向陽極5側(cè)突出的凸部18C上接合陽極5。
而且，在下降管18的陽極5面?zhèn)鹊目臻g中上升的氣液混合流體在陽 極室的上部處氣液分離，陽極液的一部分在陽極液循環(huán)通路19中下降， 電解液的一部分從陽極室排出管34流出。而且，在陽極液循環(huán)通路19 中下降的陽極液在陽極側(cè)的電極室的下部流出到陽極面?zhèn)瓤臻g，與從設(shè) 置在電解槽上的陽極液供給管32中供給的陽極液一起混合而在陽極面處
接受電氣分解。
在本發(fā)明的離子交換膜電解槽中，陰極8具有與離子交換膜3對置 的陰極面82、和垂直于陰極面82的結(jié)合部83，在結(jié)合部83上設(shè)置卡合 用開口部85。此外，卡合用開口部85借助鉤狀卡合部件25或者連接在 平板彈簧狀體保持部件11的結(jié)合部13上的縱方向部11A上設(shè)置的板狀 卡合部件26而卡合。
卡合用開口部85具有陰極可在垂直于陰極面82的方向上移動(dòng)的開 口部，可進(jìn)行基于平板彈簧狀體12的電極間隔的調(diào)整。
此外，在圖1C所示的例子中，例示了在平板彈簧狀體保持部件11 與陰極室分隔壁7之間，與4列帶狀的接合部13即3列平板彈簧狀體保 持部20對應(yīng)而配置一個(gè)的單位陰極81的例子。
與單位陰極81對應(yīng)的平板彈簧狀體保持部20的數(shù)量不限定為3個(gè)， 可才艮據(jù)電解槽的大小等而為任意的大小，可為5至6個(gè)左右的大小。
平板彈簧狀體以及平板彈簧狀體保持部件，可使用在陰極室內(nèi)部的 環(huán)境中具有良好的耐腐蝕性的鎳、鎳合金、不銹鋼等，陰極可使用鎳、
鎳合金的多孔體、網(wǎng)狀體、多孔金屬網(wǎng)、或者以這些為基體而在表面形 成白金族金屬含有層、鎳催化劑含有層、含有活性炭鎳層等的電極催化 劑物質(zhì)的包覆并降低了氫過電壓的材料。
此外，平板彈簧狀體的大小可根據(jù)電解槽的電極面積等確定，可舉
出厚度0. 2咖至0. 5鵬，寬度2mm至10mm，長度20mm至50mm的大小。
另外，在上述說明中，對在陰極室側(cè)設(shè)置梳狀的平板彈簧狀體，并 通過調(diào)整與平板彈簧狀體接觸的陰極和陰極室分隔壁的間隔而可調(diào)整與 對置的陽極的電極間隔的電解槽進(jìn)行了說明，但也可固定陰極和陰極室 分隔壁的間隔，并在陽極室側(cè)設(shè)置梳狀的平板彈簧狀體，令陽極和陽極 室分隔壁的間隔可調(diào)而調(diào)整電極間隔。
此外，在將平板彈簧狀體以及平板彈簧狀體保持部件設(shè)置在陽極側(cè) 的情況下，可使用鈦、鉭、鋯等的薄膜形成性金屬或者它們的合金。陽 極可使用在鈦、鉭、鋯等的薄膜形成性金屬或者它們的合金的表面上形 成含有了白金族金屬、白金族金屬的氧化物的電極催化劑物質(zhì)的包覆的 陽極。
因此，在上述圖1A-圖1C的說明中記載的陰極、陽極可分別置換 為陽極、陰極。此外，可將陰極以及陽極總稱為電極。
圖2A是說明向本發(fā)明的平板彈簧狀體保持部件安裝陰極的狀態(tài)的 圖，是說明從帶狀的接合部13到一個(gè)平板彈簧狀體保持部20的部分的 立體圖。
平板彈簧狀體保持部件11，陰極室分隔壁7和平板彈簧狀體保持部 件11在帶狀的接合部13處密接而接合。
此外，單位陰極81具有面向?qū)O側(cè)的陰極面82、和垂直于陰極面82 的結(jié)合部83。結(jié)合部83上，隔著間隔地安裝有多個(gè)卡合部件84，在各 自的卡合部件84上設(shè)置卡合用開口部85。
在卡合用開口部85中卡合有安裝在平板彈簧狀體保持部11的帶狀 的接合部13上的鉤狀卡合部件25的鉤26。鉤狀卡合部件25的鉤26在 卡合在卡合用開口部85的狀態(tài)下具有單位陰極81可在垂直于陰極面的 方向上移動(dòng)的游隙。
因此，單位陰極81，在將設(shè)置在平板彈簧狀體保持部件11上的平 板彈簧狀體12向陰極室分隔壁側(cè)推壓的狀態(tài)下，在將鉤狀卡合部件25 的鉤26安裝在卡合用開口部85后借助平板彈簧狀體12的反作用力而保
持在期望的位置。
此外，圖2B是說明其他實(shí)施例的電極和保持方法的圖。
圖2B所示的電極具有面向單位陰極81的對極側(cè)的陰極面82、和垂
直于陰極面82的結(jié)合部83。在結(jié)合部83上隔著間隔設(shè)置多個(gè)卡合用開
口部85。
此外，在卡合用開口部85上，卡合與平板彈簧狀體保持部件11的 縱方向部11A接合的板狀卡合部件27。板狀卡合部件27具有在與卡合 用開口部85卡合的狀態(tài)下單位陰極81可向垂直于陰極面82的方向移動(dòng) 的游隙。
因此，單位陰極81在將板狀卡合部件27安裝在卡合用開口部85上 之后，可借助平板彈簧狀體12的反作用力而保持在期望的位置上。
單位陰極81的結(jié)合部83，在圖2A、圖2B的任意的情況下，可借助 與陰極面82相同的材料一體地制作，可由沒有開口的板材制作并在既定 的位置上設(shè)置卡合用的開口部，也可僅在卡合用開口部的周圍接合板材。
此外，圖2C是說明與本發(fā)明的電解槽的框體最近的平板彈簧狀體保 持部件的與電極的卡合部的一例的圖，是說明安裝電極前的狀態(tài)的圖。
在平板彈簧狀體保持部件11的電解槽的框體的附近的平板彈簧狀體 保持部件11在帶狀的接合部13處與陰極室分隔壁7 #，與帶狀的接 合部13接近地設(shè)置鉤狀卡合部件25。
借助鉤狀卡合部件25的鉤部26的作用，即便在電極被推壓向平板 彈簧狀體保持部件側(cè)而與平板彈簧狀體保持部件的距離變小的情況下也 可防止電極從鉤狀卡合部件脫落。
圖3A 圖3C是說明平板彈簧狀體的安裝方法的一例的圖，是表示 陰極室分隔壁和平板彈簧狀體保持部件的帶狀的接合部的附近的剖視 圖。
如圖3A所示，在陰極室分隔壁7上通過帶狀的接合部13接合平板 彈簧狀體保持部件11，在平板彈簧狀體保持部件11的縱方向部11A-1 上，安裝朝向陰極室分隔壁7而傾斜的板狀卡合部件27-1。此外，在 與縱方向部11A - 1對置的縱方向部11A - 2上也安裝板狀卡合部件27 -2,在板狀卡合部件27-2上已經(jīng)安裝了單位陰極81-2。
若朝向陰極分隔壁7推壓單位陰極81-1，則由于平板狀的板狀卡 合部件27-l朝向陰極室分隔壁7傾斜地配置，所以如圖3B所示，垂直
于單位陰極81 — 1地設(shè)置的結(jié)合部83 — 1進(jìn)入板狀卡合部件27-1的下 部，與形成在結(jié)合部83-l上的板狀卡合部件27-l卡合。
接著，如圖3C所示，若使用L字形的鉤等的夾具將單位陰極81向 上拉，則板狀卡合部件27-l變?yōu)榕c陰極室分隔壁7平行。
其結(jié)果，借助與設(shè)置在已經(jīng)安裝了的單位陰極81-2的結(jié)合部83 -2上的卡合用開口部卡合的板狀卡合部件27-2的作用，各單位陰極不 會(huì)發(fā)生橫向偏移、脫落等，可借助平板彈簧狀體保持部件的作用而保持 既定的電極間隔。
此外，在取下單位陰極時(shí)，與單位陰極81-1或者81-2的安裝相 反，使用具有鉤部的L字形的鉤等的夾具等將板狀卡合部件27-1、 27 -2向陰極室分隔壁側(cè)推壓，傾斜地彎曲，由此可取下單位電極。
圖4A 圖4B是說明保持在本發(fā)明的離子交換膜電解槽的平板彈簧 狀體保持部件上的電極的圖，是以陰極為例而說明的圖。
圖2A 圖2B所示的單位陰極是分別將形成單位陰極81的陰極面82 的部件垂直地彎折而形成結(jié)合部83而成的，如圖2A所示，在結(jié)合部上 安裝卡合用部件，以及如圖2B所示在結(jié)合部上形成卡合用開口部。
與之相對，圖4A所示的是將單位陰極81的端部垂直地彎折而形成 結(jié)合部83并且將頂端部86彎回180度而重疊而令結(jié)合部83雙層化后的 結(jié)構(gòu)。由此可提高結(jié)合部83以及卡合用開口部85的強(qiáng)度，并且可提高 陰極面的剛性。
此外，圖4B所示的是通過沒有開口部的板材形成垂直于單位陰極81 的結(jié)合部83，并與板材一體地設(shè)置與圖2B所示的結(jié)構(gòu)相同的卡合用部 件84。
單位陰極81，可如上所述使用各種的形狀，但不優(yōu)選在單位陰極的 陰極面上直接安裝卡合用部件而露出單位陰極的端部。在將卡合用部件 直接安裝在陰極面上的情況下，無法充分保持單位陰極的陰極面的平面 性。
此外，由于露出的端部有可能與離子交換膜接觸而損傷離子交換膜， 所以端部需要實(shí)施平滑地彎折以便不露出到陰極面的處理。
本發(fā)明的離子交換膜電解槽，由于借助相互插入的平板彈簧狀體保 持至少一方的電極，并且借助卡合部件安裝電極以便僅向垂直于電極面 的方向可移動(dòng)平板彈簧狀體的可移動(dòng)范圍內(nèi)的量，所以可提供一種離子
交換膜電解槽，不會(huì)發(fā)生電極的橫向偏移等，可將電極間的間隔保持為 既定的大小，并且即便在壓力異常時(shí)被對極側(cè)推壓的情況下，也可在壓 力消除后回到原來的狀態(tài)而運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種離子交換膜電解槽，其特征在于，至少一方的電極，與形成在電極保持部件的電極側(cè)的平板彈簧狀體接觸而通電，所述電極保持部件借助帶狀的接合部與平板狀的電極室分隔壁接合并在電極保持部件與電極室分隔壁之間形成空間，該電極具有從與離子交換膜平行的面向電極保持部件側(cè)沿垂直于電極面的方向延伸的結(jié)合部，在該結(jié)合部上設(shè)置有向垂直于電極面的方向擴(kuò)開的卡合用開口部，卡合用開口部與卡合部件卡合并允許該電極向垂直于電極面的方向在平板彈簧狀體的位移范圍內(nèi)移動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子交換膜電解槽，其特征在于，卡合 用開口部，是形成在電極從平行于離子交換膜的面向垂直方向延伸的 電極的結(jié)合部上的開口、或者是形成在安裝在上述結(jié)合部上的卡合部 件上的開口。
3. 如權(quán)利要求1所述的離子交換膜電解槽，其特征在于，平板 彈簧狀體是從電極保持部件的板狀體傾斜延伸的多個(gè)同一長度的梳狀 的彈簧狀體。
4. 如權(quán)利要求1所述的離子交換膜電解槽，其特征在于，結(jié)合 有平板彈簧狀體的板狀體，借助帶狀的接合部接合在平板狀的電極室 分隔壁上，并形成在與電極室分隔壁之間形成空間的與電極室分隔壁 平行的部分上，將形成在板狀體與電極室分隔壁之間的空間作為電解 液的下降流路，在電極側(cè)形成電解液的上升流路。
全文摘要
一種離子交換膜電解槽，其特征在于，至少一方的電極，與形成在借助帶狀的接合部與平板狀的電極室分隔壁接合的在與電極室分隔壁之間形成空間的電極保持部件的電極側(cè)上的平板彈簧狀體接觸而通電，該電極具有從與離子交換膜平行的面向電極保持部件側(cè)向垂直于電極面的方向延伸的結(jié)合部，在該結(jié)合部上設(shè)置向垂直于電極面的方向擴(kuò)開的卡合用開口部，卡合用開口部與卡合部件卡合并允許該電極向垂直于電極面的方向在平板彈簧狀體的移動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)。
文檔編號(hào)C25B9/00GK101187036SQ20071014871
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者鈴木稔, 龜田雅和 申請人:氯工程公司